СПОСОБ И УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МОЧЕВИНЫ Российский патент 2010 года по МПК C07C273/10 

Настоящее изобретение относится к получению мочевины. Изобретение относится, в частности, к способу получения мочевины, заключающемуся в том, что в реакторе высокого давления проводят реакцию между аммиаком и диоксидом углерода с получением реакционной смеси, содержащей мочевину, карбамат и непрореагировавший аммиак в водном растворе, полученную реакционную смесь подвергают автотермической десорбционной обработке в аппарате для разложения карбамата с получением первого потока газов, содержащего аммиак и диоксид углерода, и первого потока жидкости, содержащего мочевину и остаток карбамата в водном растворе, первый поток газов, содержащий аммиак и диоксид углерода, возвращают обратно в реактор, а первый поток жидкости подвергают десорбционной обработки по меньшей мере в одном аппарате для разложения карбамата, работающем при среднем давлении, равном давлению в секции выделения мочевины, с получением второго потока газов, содержащего аммиак и диоксид углерода, и второго потока жидкости, содержащего мочевину, а также относится к соответствующей установке для осуществления этого способа.

Известно, что синтез мочевины из аммиака и диоксида углерода осуществляется путем проведения двух реакций, а именно: реакции получения карбамата и реакции разложения карбамата на мочевину и воду.

При получении мочевины в промышленных масштабах эти реакции проводят в реакторе высокого давления (порядка 160-240 бар), входящем в состав секции синтеза мочевины, имеющейся на установке для получения мочевины. В таком реакторе мочевину обычно получают в виде водного раствора, содержащего карбамат, непрореагировавшие аммиак и диоксид углерода и возможно ранее попавшие в реактор инертные газы.

Секция синтеза, имеющаяся на установке для получения мочевины, содержит и ряд других аппаратов, которые предназначены, в частности, для отделения мочевины и повторного использования карбамата и непрореагировавших аммиака и диоксида углерода и конструктивные и функциональные особенности которых могут быть самыми разными в зависимости от технологии синтеза мочевины.

Обычно отбираемый из реактора водный раствор обрабатывают в работающих при высоком (таком же, что и в реакторе) давлении аппаратах для разложения карбамата, в которых получают содержащий мочевину и остаток карбамата водный раствор, который затем обрабатывают в секции выделения мочевины, и содержащий аммиак, диоксид углерода и возможно инертные газы поток газов, который соответствующим способом (напрямую или косвенно) возвращают обратно в реактор.

Настоящее изобретение относится к автотермической десорбционной обработке или, иными словами, к термическому разложению карбамата в аппаратах высокого давления без использования десорбирующих газов.

В секции выделения мочевины содержащий мочевину и остаток карбамата раствор обычно обрабатывают в одном или нескольких аппаратах для разложения карбамата, работающих при среднем давлении (порядка 16-18 бар).

На выходе из такого(-их) аппарата(-ов) для разложения карбамата получают обогащенный мочевиной водный раствор и поток газов, состоящий в основном из аммиака и диоксида углерода и небольших количеств водяного пара и инертных газов.

Хорошо известно, что повысить производительность установки для получения мочевины можно за счет ректификации потока газов, отбираемого из работающих при среднем давлении аппаратов для разложения карбамата, и выделения из него аммиака, возвращаемого затем в реактор синтеза. В первую очередь это относится к тем случаям, когда синтез мочевины проводят при большом избытке аммиака. Поэтому обычно все установки для получения мочевины имеют соответствующее оборудование для ректификации газов, отбираемых из работающих при среднем давлении аппаратов для разложения карбамата.

Ректификация газов, отбираемых из аппаратов для разложения карбамата, осуществляется путем:

а) частичной конденсации отбираемого из работающих при среднем давлении аппаратов для разложения карбамата с получением потока газов, содержащего аммиак, диоксид углерода, водяной пар и инертные газы, в конденсаторе, в котором поток газов смешивают с потоком повторно используемого раствора карбамата с получением раствора карбамата, содержащего определенное количество упомянутых несконденсировавшихся газов,

б) выделения аммиака из полученного раствора карбамата, в котором все еще остается определенное количество упомянутых несконденсировавшихся газов, в колонне для выделения аммиака в процессе барботирования раствора карбамата несконденсировавшимися газами в промывочной жидкости с одновременной промывкой нисходящего потока аммиака и получением потока газов, по существу, состоящего из аммиака и инертных газов, и потока жидкости, содержащего карбамат,

в) возврата содержащего карбамат потока жидкости в секцию синтеза установки для получения мочевины.

Термин "раствор карбамата" при промышленном получении мочевины означает разбавленный раствор карбамата (содержащий, например, 40-42% NH₃, 8-10% СО₂), в частности используемый повторно разбавленный раствор карбамата, отбираемый из работающей при низком давлении секции установки для получения мочевины.

Хотя описанный выше обычный способ ректификации газов, отбираемых из работающих при среднем давлении аппаратов для разложения карбамата, и решает по существу указанную выше проблему, он тем не менее обладает и определенными, подробно описанными ниже недостатками, связанными с работой колонны для выделения аммиака.

Первый из этих недостатков связан с тем, что абсорбция несконденсировавшегося диоксида углерода, отбираемого из конденсатора, осуществляется путем барботирования раствора карбамата несконденсировавшимися газами в промывочной жидкости. Такой способ абсорбции диоксида углерода в промывочной жидкости обладает низкой эффективностью, которую можно повысить только путем существенного увеличения уровня промывочной жидкости в колонне для выделения аммиака (приблизительно до 4-5 м).

Кроме того, на переходных режимах и при пуске установки для получения мочевины часто возникает необходимость в обработке большого количества

несконденсировавшихся газов, попадающих из конденсатора в колонну для выделения аммиака. Полной абсорбции несконденсировавшегося диоксида углерода в промывочной жидкости достичь очень трудно, и поэтому неабсорбированный диоксид углерода поднимается вверх в восходящем потоке газов и вступает в сухом виде в реакцию с содержащимся в нисходящем потоке аммиаком, в результате которой в колонне происходит нежелательное образование натеков карбамата. Такие натеки карбамата препятствует движению газов не только через колонну, особенно в том случае, когда они образуются на уровне ее тарелок, но и по трубам конденсатора, в которые подают отбираемый из колонны аммиак (в тех случаях, когда диоксид углерода проходит через трубы, расположенные вне колонны).

Кроме того, необходимо отметить, что для барботирования раствора карбамата несконденсировавшимися газами в промывочной жидкости используют соответствующий распределитель, погруженный в промывочную жидкость. Для увеличения высоты столба промывочной жидкости и повышения эффективности абсорбции несконденсировавшегося диоксида углерода распределитель обычно устанавливают максимально близко к днищу колонны.

В этом случае, однако, в процессе барботирования, по существу, вся промывочная жидкость аэрируется несконденсировавшимися газами и поднимается вместе с подаваемыми в колонну газами, из-за чего уровень промывочной жидкости в колоне становится неустойчивым и практически неконтролируемым. Кроме того, на переходных режимах и при пуске установки для получения мочевины опускающаяся до нижней тарелки колонны находящаяся в турбулентном состоянии промывочная жидкость может привести к забиванию колонны.

Возникающая в промывочной жидкости турбулентность создает существенные помехи устойчивой работе насоса для перекачки отбираемого из колонны потока содержащей карбамат жидкости.

В некоторых случаях турбулентность промывочной жидкости может привести к попаданию отбираемых из конденсатора несконденсировавшихся газов в поток отбираемой из колонны содержащей карбамат жидкости. По этой причине, как очевидно, также возникают проблемы в работе упомянутого выше насоса, перекачивающего содержащую карбамат жидкость в секцию синтеза мочевины.

Перечисленные выше недостатки существенно ограничивают возможности описанного выше способа выделения аммиака и предназначенного для этого оборудования.

Очевидно, что ограничить попадание несконденсировавшихся газов в отбираемый из колонны раствор карбамата нельзя за счет увеличения температуры несконденсировавшихся газов на входе в колонну, а тем самым и температуры раствора карбамата, перекачиваемого обратно в секцию синтеза, поскольку эта температура не должна превышать 80-85°С.

В основу настоящего изобретения была положена задача разработать способ и установку для получения мочевины, не имеющих перечисленных выше недостатков, связанных с ректификацией газов, отбираемых из работающих при среднем давлении аппаратов для разложения карбамата.

Указанная выше задача решается с помощью предлагаемого в изобретении способа получения мочевины, заключающегося в том, что в реакторе высокого давления проводят реакцию между аммиаком и диоксидом углерода с получением реакционной смеси, содержащей мочевину, карбамат и непрореагировавший аммиак в водном растворе, полученную реакционную смесь подвергают автотермической десорбционной обработке (отпариванию) в аппарате для разложения карбамата с получением первого потока газов, содержащего аммиак и диоксид углерода, и первого потока жидкости, содержащего мочевину и остаток карбамата в водном растворе, первый поток газов, содержащий аммиак и диоксид углерода, возвращают обратно в реактор, а первый поток жидкости подвергают десорбционной обработки по меньшей мере в одном аппарате для разложения карбамата, работающем при среднем давлении, равном давлению в секции выделения мочевины, с получением второго потока газов, содержащего аммиак и диоксид углерода, и второго потока жидкости, содержащего мочевину, и отличающегося тем, что второй поток газов, содержащий аммиак и диоксид углерода, частично конденсируют в конденсаторе с получением смеси жидкости и газов, содержащей раствор карбамата и несконденсировавшиеся газы, содержащие аммиак и диоксид углерода, полученную смесь разделяют в разделителе с получением третьего потока жидкости, по существу, состоящего из карбамата в водном растворе, и третьего потока газов, состоящего из несконденсировавшихся газов, и третий поток газов, состоящий из несконденсировавшихся газов, промывают в заполненном насадкой участке колонны в противотоке с потоком раствора карбамата с получением четвертого поток газов, по существу, состоящего из аммиака, и четвертого потока жидкости, содержащего раствор карбамата с абсорбированным в нем оставшимся в несконденсировавшихся газах диоксидом углерода, причем третий поток жидкости, содержащий карбамат в водном растворе, направляют в секцию для синтеза мочевины.

В предпочтительных вариантах осуществления третий поток несконденсировавшихся газов подают в колонну ниже ее заполненной насадкой части, а промывочный раствор карбамата подают в колонну выше ее заполненной насадкой части. Разделитель может быть расположен вне колонны, при этом непрореагировавшие газы подают в колонну по трубе, которая проходит через заполненную насадкой часть колонны и оканчивается над жидкостью постоянного уровня, которая собирается в нижней части колонны. Или разделитель расположен внутри колоны ниже ее заполненной насадкой части и оканчивается в верхней части закрытой сверху колпаком трубой. При этом непрореагировавшие газы подают в колонну через закрытую сверху колпаком трубу выше, по существу, постоянного уровня жидкости, которая собирается на верхней стенке разделителя вокруг нижней части трубы.

Упомянутая жидкость состоит из части раствора карбамата четвертого потока жидкости, в которой абсорбирован содержащийся в несконденсировавшихся газах диоксид углерода.

Четвертый поток жидкости, содержащий раствор карбамата, в котором абсорбирован диоксид углерода, содержащийся в несконденсировавшихся газах, смешивают со вторым потоком газа, содержащим аммиак и диоксид углерода, которые отбирают из работающих при среднем давлении аппаратов для разложения карбамата.

В настоящем изобретении предлагается также установка для получения мочевины описанным выше способом. Эта установка содержит реактор синтеза мочевины при высоком давлении для проведения реакции между аммиаком и диоксидом углерода с получением реакционной смеси, содержащей мочевину, карбамат и непрореагировавший аммиак в водном растворе, работающий при высоком давлении аппарат для разложения карбамата для проведения автотермической десорбционной обработки реакционной смеси с получением первого потока газов, содержащего аммиак и диоксид углерода, и первого потока жидкости, содержащего мочевину и остаток карбамата в водном растворе, оборудование для возврата первого потока газов, содержащего аммиак и диоксид углерода, обратно в реактор, по меньшей мере один работающий при среднем давлении аппарат для разложения карбамата, в котором первый поток жидкости подвергается десорбционной обработке с получением второго потока газов, содержащего аммиак и диоксид углерода, и второго потока жидкости, содержащего мочевину, и отличается наличием конденсатора для частичной конденсации второго потока газов с получением смеси жидкости и газов, в которой содержится раствор карбамата и несконденсировавшиеся газы, содержащие аммиак и диоксид углерода, разделителя для разделения полученной смеси жидкости и газа с получением третьего потока жидкости, по существу, состоящего из карбамата в водном растворе, и третьего потока газов, в котором содержатся несконденсировавшиеся газы, колонны с насадкой для промывки третьего потока газов, содержащего несконденсировавшиеся газы, в противотоке с потоком раствора карбамата с получением четвертого потока газов, по существу, состоящего из аммиака, и четвертого потока жидкости, содержащего раствор карбамата с абсорбированным в нем оставшимся в несконденсировавшихся газах диоксидом углерода, оборудования для направления третьего потока жидкости, содержащего карбамат в водном растворе, в секцию для синтеза мочевины.

В предпочтительных вариантах выполнения установки она имеет устройство для распределения раствора карбамата над заполненной насадкой частью колонны и устройство для подачи третьего потока газов, содержащего несконденсировавшиеся газы, в расположенную под насадкой часть колонны.

Разделитель и конденсатор выполнены в виде двух отдельных аппаратов. Разделитель может быть расположен вне колонны, а оборудование для подачи третьего потока газов включает трубу, которая проходит через заполненную насадкой часть колонны.

Разделитель может быть расположен внутри колонны под ее заполненной насадкой частью и оканчивается сверху закрытой колпаком трубой, предназначенной для подачи через нее под заполненную насадкой часть колонны третьего потока газов, содержащего несконденсировавшиеся газы.

Установка предпочтительно имеет также оборудование для смешивания (объединения) отбираемого из колонны четвертого потока жидкости, содержащего раствор карбамата, в котором содержится диоксид углерода, абсорбированный из несконденсировавшихся газов, со вторым потоком газов, содержащим аммиак и диоксид углерода и отбираемым из работающих при среднем давлении аппаратов для разложения карбамата.

Другие отличительные особенности и преимущества настоящего изобретения более подробно рассмотрены ниже на примере некоторых предпочтительных вариантов его возможного осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи, которые иллюстрируют изобретение, но не ограничивают его объем:

на фиг.1 схематично показана та часть обычной установки для получения мочевины, в которой осуществляется ректификация газов, отбираемых из работающих при среднем давлении аппаратов для разложения карбамата, имеющихся на установке для получения мочевины,

на фиг.2 схематично показана та часть предлагаемой в одном из вариантов установки для получения мочевины, в которой осуществляется ректификация газов, отбираемых из работающих при среднем давлении аппаратов для разложения карбамата, имеющихся на установке для получения мочевины,

на фиг.3 схематично показана та часть предлагаемой в другом варианте установки для получения мочевины, в которой осуществляется ректификация газов, отбираемых из работающих при среднем давлении аппаратов для разложения карбамата, имеющихся на установке для получения мочевины.

Для простоты на всех иллюстрирующих изобретение чертежах показана только часть предлагаемой в изобретении установки для получения мочевины и, в частности, только те ее аппараты, которые предназначены для ректификации газов, отбираемых из работающих при среднем давлении (не показаны) аппаратов для разложения карбамата.

Обозначенная на фиг.1 позицией 1 часть обычной установки для получения мочевины состоит из конденсатора 2, колонны 3 для выделения аммиака и резервуара 4 с полученным ранее раствором карбамата.

Позицией 5 на схеме обозначен трубопровод, по которому в конденсатор из работающего при среднем давлении (порядка 17-20 бар) аппарата для разложения карбамата подают поток газов, содержащий аммиак, диоксид углерода, водяной пар и инертные газы.

Отбираемый из аппарата для разложения карбамата поток 5 газов смешивают в трубопроводе 5 с потоком 6 жидкости, которую по трубопроводу 6 подают в него насосом 7 из резервуара 4 с раствором карбамата.

Образующаяся из подаваемой по трубопроводу 6 жидкости (раствора карбамата) и подаваемых по трубопроводу 5 газов (аммиака, диоксида углерода, водяного пара и инертных газов) смесь попадает в трубопровод 8.

Смесь жидкости и газов с давлением порядка 17-20 бар по трубопроводу 8 подается в конденсатор 2, в котором в результате конденсации большей части содержащихся в подаваемом по трубопроводу 5 потоке газов диоксида углерода, аммиака и водяного пара образуется раствор карбамата.

Полученный в конденсаторе 2 раствор карбамата, в котором содержится определенное количество несконденсировавшихся газов (аммиака, диоксида углерода, водяного пара и инертных газов) отбирают из конденсатора по трубопроводу 9.

По трубопроводу 9 раствор карбамата с несконденсировавшимися газами подают в колонну 3 для выделения аммиака.

При работе в нормальном режиме колонна 3 заполнена до определенного уровня промывочной жидкостью 10, представляющей собой раствор карбамата, через который по идущей вниз трубе 11 проходит подаваемая в колонну по трубе 9 смесь раствора карбамата и отбираемых из конденсатора 2 несконденсировавшихся газов.

При получении мочевины обычным способом на конце опущенной вниз трубы 11 устанавливают погруженный в промывочную жидкость 10 распределитель 11а, который распыляет в промывочной жидкости 10 подаваемый в колонну по трубе 9 смешанный с несконденсировавшимися газами раствор карбамата.

Непрерывно поднимающиеся снизу вверх пузырьки газа проходят через промывочную жидкость 10 и аэрируют ее.

В колонне 3 происходит, по существу, полная абсорбция подаваемого в нее из конденсатора 2 несконденсировавшегося диоксида углерода и его отделение от остальных несконденсировавшихся газов, в частности от аммиака.

Абсорбция несконденсировавшегося в конденсаторе диоксида углерода в находящейся в колонне 3 промывочной жидкости 10 происходит в результате перемешивания подаваемой в колонну по трубе 9 смеси раствора карбамата и несконденсировавшихся газов с промывочной жидкостью 10 и жидким аммиаком, подаваемым в колонну по трубопроводу 12 над расположенными в ней на разной высоте тарелками 13 при температуре 40-45°С.

Жидкий аммиак, который подают в колонну 3 по трубопроводу 12 с температурой ниже рабочей температуры колонны, охлаждает промывочную жидкость 10 и ускоряет абсорбцию в промывочной жидкости 10 диоксида углерода, подаваемого в колонну 3 вместе с остальными несконденсировавшимися в конденсаторе газами.

Остальные несконденсировавшиеся в конденсаторе газы, включая выделяемый в колонне 3 аммиак, перемешанные с промывочной жидкостью 10, поднимаются и проходят через тарелки 13, на которых они промываются взвешенными в потоке газа каплями жидкости.

В поднимающихся в колонне 3 несконденсировавшихся газах может содержаться некоторое количество не абсорбированного в промывочной жидкости 10 диоксида углерода, и поэтому обычно в колонну на высоте промежуточных тарелок 13 по трубопроводу 14 из секции промывки инертных газов, имеющейся на установке для получения мочевины, подают второй поток промывочной жидкости, содержащей аммиак в водном растворе.

На нижних тарелках 13 работающей таким образом колонны практически полностью отсутствует карбамат, который может образоваться в результате реакции между диоксидом углерода, содержащимся в восходящем потоке несконденсировавшихся газов в колонне 3, и нисходящим потоком жидкого аммиака, подаваемого в колонну 3 по трубопроводу 12.

В результате обработки несконденсировавшихся в конденсаторе газов в колонне 3 получают отбираемый из нее по трубопроводу 15 поток газов, содержащий аммиак и инертные газы при практически полном отсутствии в нем диоксида углерода, и отбираемый из колонны 3 по трубопроводу 16 поток жидкости, представляющей собой водный раствор, в котором содержится карбамат.

Содержащие выделенный аммиак газы по трубопроводу 15 возвращают обратно в соответствующие конденсаторы, предназначенные для конденсации аммиака, а отбираемую из колонны по трубопроводу 16 жидкость перекачивают насосом 17 непосредственно в предназначенную для синтеза мочевины секцию установки для получения мочевины.

На фиг.2 схематично показана часть обозначенной позицией 20 установки для получения мочевины, предлагаемой в одном из вариантов осуществления изобретения. Определенные компоненты установки, показанной на фиг.2, которые конструктивно или функционально аналогичны соответствующим компонентам обычной установки для получения мочевины, схематично показанной на фиг.1, обозначены на фиг.2 теми же, что на фиг.1, позициями и ниже повторно не рассматриваются.

Показанная на фиг.2 часть предлагаемой в изобретении установки 20 для получения мочевины состоит из конденсатора 2, колонны 23 для выделения аммиака и резервуара 4 с разбавленным раствором карбамата.

Нижняя часть колонны 23 предлагаемой в изобретении установки для получения мочевины заполнена насадкой 23а определенной высоты, состоящей из обычного насадочного материала с большой площадью контакта (например, кольцами Рашига).

Над насадкой 23а колонны 23 расположен распылительный/нагнетательный распределитель 26, соединенный с трубой 6, по которой в колонну из резервуара 4 подают раствор карбамата.

Подаваемый в колонну разбавленный раствор карбамата проходит через насадку 23а, в которой он в результате взаимодействия с потоком содержащего диоксид углерода и аммиак газа и абсорбции диоксида углерода более подробно описанным ниже способом превращается в первый раствор карбамата. Получаемый под насадкой 23а первый раствор карбамата поддерживают на постоянном уровне жидкости 10, а его излишек, образующий поток 27, отбирают из нижней части колонны 23.

Отбираемый из колонны 23 установленным на трубопроводе 27 насосом 28 поток 27 раствора карбамата в трубопроводе 5 смешивают с потоком 5 газов, отбираемых из имеющихся на установке для получения мочевины работающих при высоком давлении аппаратов для разложения карбамата. Поток 5 газов содержит аммиак, диоксид углерода, водяной пар и инертные газы. Смесь жидкости и газов, образующаяся из отбираемого из колонны 23 потока 27 жидкости и отбираемого из работающих при высоком давлении аппаратов для разложения карбамата потока 5 газов, попадает в трубопровод 29.

Эту смесь жидкости и газов подают по трубопроводу 29 в конденсатор 2, в котором большая часть диоксида углерода, аммиака и водяного пара, первоначально содержащаяся в потоке 5 газов, конденсируется с образованием второго, более концентрированного раствора карбамата.

Полученный в конденсаторе второй концентрированный раствор карбамата, смешанный с несконденсировавшимися газами, отбирают из конденсатора 2 по трубопроводу 30. В другом варианте второй раствор карбамата, смешанный с несконденсировавшимися газами, подают по трубопроводу 30 не непосредственно в колонну 23 для выделения аммиака, а в разделитель 24.

В разделителе 24 раствор карбамата очищают от остающихся в нем несконденсировавшихся газов. Из разделителя 24 по трубопроводу 31 отбирают поток жидкости в виде концентрированного раствора карбамата, по существу, не содержащего несконденсировавшихся газов, а по трубопроводу 32 - поток газов, содержащий несконденсировавшиеся аммиак и диоксид углерода.

Установленным на трубопроводе 31 насосом 17 поток жидкости в виде раствора карбамата перекачивают в секцию синтеза мочевины, а отбираемый из разделителя поток газов по трубопроводу 32 направляют в колонну 23 для выделения аммиака.

В предлагаемой в изобретении установке содержащие несконденсировавшиеся аммиак и диоксид углерода газы подают в нижнюю часть колонны 23 по проходящей через расположенную в колонне насадку 23а трубе 11.

На нижнем конце трубы 11 расположен (не показан) распределитель, распределяющий подаваемый в колонну 23 по трубопроводу 32 поток газа над собирающейся в нижней части колонны промывочной жидкостью 10.

Подаваемые в колонну 23 несконденсировавшиеся газы проходят вверх через насадку 23а, в которой они эффективно промываются разбавленным раствором карбамата, подаваемым в колонну из резервуара 4, и стекающим потоком раствора аммиака, подаваемого в верхнюю часть колонны 23 по трубопроводу 12.

В процессе такой промывки в находящейся в колонне насадке, по существу, весь содержащийся в подаваемых в колонну несконденсировавшихся газах диоксид углерода абсорбируется разбавленным раствором карбамата. Поэтому прошедший через насадку 23а газ состоит главным образом из аммиака и практически не содержит диоксида углерода.

Дополнительно промытый в расположенных в верхней части колонны 23 тарелках 13 газ отбирают из колонны по трубопроводу 15 и направляют в соответствующие конденсаторы на восстановление.

Описанный выше способ ректификации газов, образующихся при получении мочевины, обладает по сравнению с аналогичными известными способами целым рядом преимуществ.

Основное преимущество предлагаемого в изобретении способа получения мочевины связано с высокой эффективностью абсорбции диоксида углерода в растворе карбамата. Обеспечивается это непосредственной промывкой несконденсировавшихся газов в насадке предназначенной для выделения аммиака колонны в противотоке с раствором карбамата. Большая поверхность контакта и обмена между жидкостью и газом, которой обладает находящаяся в колонне 3 насадка, и высокое содержание воды в растворе карбамата обеспечивают возможность переноса содержащегося в несконденсировавшихся газах диоксида углерода в верхнюю, расположенную выше насадки часть колонны, и практически полностью исключают возможность возникновения состояния перегрузки в потоке газов, подаваемых в колонну из работающего при высоком давлении аппарата для разложения карбамата.

Другое преимущество предлагаемого в изобретении способа получения мочевины связано с использованием разделителя, расположенного между конденсатором и колонной для выделения аммиака, и обработкой в колонне практически не содержащих жидкость несконденсировавшихся газов и заключается в существенном снижении количества жидкости в восходящем потоке газов.

Необходимо также отметить, что предлагаемая в изобретении колонна для выделения аммиака работает без барботирования газом промывочной жидкости. Отсутствие барботирования позволяет стабилизировать уровень находящейся в колонне жидкости, облегчает его измерение и положительно сказывается на работе насосов высокого давления, перекачивающих водный раствор карбамата.

Предлагаемая в изобретении установка 20, предназначенная для ректификации газов предлагаемым в изобретении способом, обладает существенно большей эксплуатационной гибкостью, чем соответствующие обычные установки подобного типа. В предлагаемой в изобретении установке, в частности, содержащийся в несконденсировавшихся газах диоксид углерода, количество которого при работе на переходных режимах и во время пуска установки для получения мочевины или при увеличении температуры газов на выходе из конденсатора обычно увеличивается, эффективно абсорбируется в колонне для выделения аммиака.

Связанное с этим увеличение температуры жидкого карбамата на выходе из разделителя (до температуры порядка 100-105°С) позволяет существенно снизить потребление энергии в секции выделения мочевины.

Еще одним преимуществом предлагаемого в изобретении способа является возможность его реализации на существующих установках для получения мочевины. Модернизация существующих установок и получение мочевины предлагаемым в изобретении способом требуют сравнительно небольших затрат, связанных с модернизацией только внутренних компонентов колонн, предназначенных для выделения аммиака (использование в них насадки, доработка существующих трубопроводов и распределителей), и не требует никакой доработки их сравнительно дорогих и работающих при высоком давлении корпусов.

Кроме того, установка дополнительного насоса и разделителя не требует никакой значительной доработки существующей установки для получения мочевины и весьма незначительно увеличивает ее общую стоимость.

На фиг.3 показана часть обозначенной позицией 40 установки для получения мочевины, предлагаемой еще в одном варианте осуществления изобретения. Отдельные компоненты показанной на фиг.3 установки, которые конструктивно или функционально аналогичны соответствующим компонентам описанной выше установки 20 для получения мочевины, схематично показанной на фиг.2, обозначены на фиг.3 теми же, что и на фиг.2, позициями и ниже повторно не рассматриваются.

Предлагаемая в этом варианте установка 40 для получения мочевины имеет колонну 42, которая конструктивно отличается от колонны 23 описанной выше установки 20 наличием расположенного в ее нижней части под насадкой 23а отделяющего жидкость от газа разделителя 43.

В этом варианте отбираемый из конденсатора по трубопроводу 30 поток раствора карбамата вместе с несконденсировавшимися в конденсаторе газами подают сразу в нижнюю часть колонны 42 с расположенным в ней разделителем 43. Такая конструкция позволяет отказаться от использования для разделения жидкости и газа отдельного, расположенного вне колонны разделителя.

Сливающийся из разделителя 43 и собирающийся в нижней части колонны 42 раствор карбамата по трубопроводу 31 подают обратно в секцию синтеза, а отделенные в разделителе от жидкости несконденсировавшиеся газы поднимаются в верхнюю часть колонны.

Отделенные от жидкости в разделителе 43 несконденсировавшиеся газы выходят из него по закрытой сверху колпаком трубе 44 и движутся в направлении расположенной в центре колонны насадки 23а. В насадке несконденсировавшиеся газы, как и в описанной выше установке 20, промывают нисходящим потоком 6 абсорбирующего диоксид углерода раствора карбамата, который подают в колонну по трубопроводу 6 из резервуара 4.

Стекающая из насадки 23а промывочная жидкость собирается до определенного уровня на верхней стенке разделителя вокруг нижней части закрытой сверху колпаком трубы 44 и перекачивается из колонны 42 по трубопроводу 27 насосом 28 в трубопровод 5, в котором она смешивается с потоком газов, отбираемых из работающих при среднем давлении аппаратов для разложения карбамата.

Предлагаемая в этом варианте установка 40 обладает, по существу, всеми преимуществами описанной выше установки 20.

Кроме того, использование для разделения жидкости и газа разделителя, встроенного в колонну, позволяет существенно снизить общие затраты на создание установки для получения мочевины.

Очевидно, что на основе приведенного выше подробного описания изобретения специалисты в данной области могут с учетом конкретных требований и обстоятельств предложить и другие различные модификации и варианты выполнения установки для получения мочевины, не выходя при этом за объем изобретения, определяемый его формулой.

Изобретение относится к получению мочевины, при котором в реакторе высокого давления проводят реакцию между аммиаком и диоксидом углерода с получением смеси, которую подвергают автотермической десорбции с получением потока газов, содержащего аммиак и диоксид углерода, и потока жидкости, содержащего мочевину и остаток карбамата в водном растворе. Полученный поток газов подвергают десорбционной обработке в работающих при среднем давлении аппаратах, из которых отбирают содержащий аммиак и диоксид углерода поток газа, из которого после частичной конденсации газов получают смесь жидкости и газа. Несконденсировавшиеся газы, содержащие аммиак и диоксид углерода, в разделителе отделяют от жидкости и промывают в заполненной насадкой части колонны в противотоке с потоком раствора карбамата с получением потока газа, по существу, состоящего из аммиака, и потока жидкости, содержащего раствор карбамата, в котором абсорбирован из несконденсировавшихся газов диоксид углерода. Обеспечивается выделение из потока газов диоксида углерода и повторное его использование в реакторе синтеза. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ получения мочевины, заключающийся в том, что в реакторе высокого давления проводят реакцию между аммиаком и диоксидом углерода с получением реакционной смеси, содержащей мочевину, карбамат и непрореагировавший аммиак в водном растворе, полученную реакционную смесь подвергают автотермической десорбционной обработке в аппарате для разложения карбамата с получением первого потока газов, содержащего аммиак и диоксид углерода, и первого потока жидкости, содержащего мочевину и остаток карбамата в водном растворе, первый поток газов, содержащий аммиак и диоксид углерода, возвращают обратно в реактор, а первый поток жидкости подвергают десорбционной обработке по меньшей мере в одном аппарате для разложения карбамата, работающем при среднем давлении, равном давлению в секции выделения мочевины, с получением второго потока (5) газов, содержащего аммиак и диоксид углерода, и второго потока жидкости, содержащего мочевину, отличающийся тем, что второй поток (5) газов, содержащий аммиак и диоксид углерода, частично конденсируют в конденсаторе (2) с получением смеси (30) жидкости и газов, содержащей раствор карбамата и несконденсировавшиеся газы, содержащие аммиак и диоксид углерода, полученную смесь (30) разделяют в разделителе (24, 43) с получением третьего потока (31) жидкости, по существу, состоящего из карбамата в водном растворе, и третьего потока (32) газов, состоящего из несконденсировавшихся газов, и третий поток (32) газов, состоящий из несконденсировавшихся газов, промывают в заполненном насадкой (23а) участке колонны (23, 42) в противотоке с потоком (6) раствора карбамата с получением четвертого потока (15) газов, по существу, состоящего из аммиака, и четвертого потока (27) жидкости, содержащего раствор карбамата с абсорбированным в нем оставшимся в несконденсировавшихся газах диоксидом углерода, причем третий поток (31) жидкости, содержащий карбамат в водном растворе, направляют в секцию для синтеза мочевины.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что третий поток (32) несконденсировавшихся газов подают в колонну (23, 42) ниже ее заполненной насадкой (23а) части, а промывочный раствор карбамата подают в колонну (23, 42) выше ее заполненной насадкой (23а) части.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что разделитель (24) расположен вне колонны (23, 42), при этом непрореагировавшие газы подают в колонну по трубе (11), которая проходит через заполненную насадкой (23а) часть колонны и оканчивается над жидкостью (10) постоянного уровня, которая собирается в нижней части колонны (23, 42).

4. Способ по п.2, отличающийся тем, что разделитель (43) расположен внутри колоны (23, 42) ниже ее заполненной насадкой (23а) части и оканчивается в верхней части закрытой сверху колпаком трубой (44).

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что непрореагировавшие газы подают в колонну через закрытую сверху колпаком трубу (44) выше, по существу, постоянного уровня жидкости (10), которая собирается на верхней стенке разделителя вокруг нижней части трубы (44).

6. Способ по п.3, отличающийся тем, что жидкость (10) состоит из части раствора карбамата четвертого потока жидкости, в которой абсорбирован содержащийся в несконденсировавшихся газах диоксид углерода.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что четвертый поток (27) жидкости, содержащий раствор карбамата, в котором абсорбирован диоксид углерода, содержащийся в несконденсировавшихся газах, смешивают со вторым потоком (5) газа, содержащим аммиак и диоксид углерода, которые отбирают из работающих при среднем давлении аппаратов для разложения карбамата.

8. Установка (20, 40) для получения мочевины, содержащая реактор синтеза мочевины при высоком давлении для проведения реакции между аммиаком и диоксидом углерода с получением реакционной смеси, содержащей мочевину, карбамат и непрореагировавший аммиак в водном растворе, работающий при высоком давлении аппарат для разложения карбамата, предназначенный для проведения автотермической десорбционной обработки реакционной смеси с получением первого потока газов, содержащего аммиак и диоксид углерода, и первого потока жидкости, содержащего мочевину и остаток карбамата в водном растворе, оборудование для возврата первого потока газов, содержащего аммиак и диоксид углерода, обратно в реактор и по меньшей мере один работающий при среднем давлении аппарат для разложения карбамата, предназначенный для десорбционной обработки первого потока жидкости с получением второго потока газов, содержащего аммиак и диоксид углерода, и второго потока (5) жидкости, содержащего мочевину, отличающаяся тем, что она содержит конденсатор (2) для частичной конденсации второго потока (5) газов с получением смеси (30) жидкости и газов, содержащей раствор карбамата и несконденсировавшиеся газы, содержащие аммиак и диоксид углерода, разделитель (24, 43) для разделения полученной смеси (30) жидкости и газа с получением третьего потока (31) жидкости, по существу, состоящего из карбамата в водном растворе, и третьего потока (32) газов, содержащего несконденсировавшиеся газы, колонну (23, 42) с насадкой (23а), предназначенную для промывки третьего потока (32) газов, содержащего несконденсировавшиеся газы, в противотоке с потоком (6) раствора карбамата с получением четвертого потока (15) газов, по существу, состоящего из аммиака, и четвертого потока (27) жидкости, содержащего раствор карбамата с абсорбированным в нем оставшимся в несконденсировавшихся газах диоксидом углерода, и оборудование (17) для направления третьего потока (31) жидкости, содержащего карбамат в водном растворе, в секцию для синтеза мочевины.

9. Установка по п.8, отличающаяся тем, что она имеет устройство (26) для распределения раствора карбамата над заполненной насадкой (23а) частью колонны (23, 42) и оборудование (11, 44) для подачи третьего потока (32) газов, содержащего несконденсировавшиеся газы, в расположенную под насадкой (23а) часть колонны (23, 42).

10. Установка по п.8, отличающаяся тем, что разделитель (24, 43) и конденсатор (2) выполнены в виде двух отдельных аппаратов.

11. Установка по п.10, отличающаяся тем, что разделитель (24) расположен вне колонны (23, 42), а оборудование (11, 44) для подачи третьего потока (32) газов включает трубу (11), которая проходит через заполненную насадкой (23а) часть колонны.

12. Установка по п.10, отличающаяся тем, что разделитель (43) расположен внутри колонны под ее заполненной насадкой (23а) частью и оканчивается сверху закрытой колпаком трубой (44), предназначенной для подачи через нее под заполненную насадкой (23а) часть колонны (23, 42) третьего потока (32) газов, содержащего несконденсировавшиеся газы.

13. Установка по п.8, отличающаяся тем, что она имеет оборудование (28) для смешивания отбираемого из колонны (23, 42) четвертого потока (27) жидкости, содержащего раствор карбамата, в котором содержится диоксид углерода, абсорбированный из несконденсировавшихся газов, со вторым потоком (5) газов, содержащим аммиак и диоксид углерода и отбираемым из работающих при среднем давлении аппаратов для разложения карбамата.